Populasi mikroba dan fluks metana (CH4) serta nitrous oksida (N2O) pada tanah sawah: pengaruh pengelolaan air, bahan organik, dan pupuk nitrogen

(1)

POPULASI MIKROBA DAN FLUKS METANA (CH4) SERTA

NITROUS OKSIDA (N2O) PADA TANAH SAWAH:

PENGARUH PENGELOLAAN AIR, BAHAN ORGANIK DAN

PUPUK NITROGEN

SUPRIHATI

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2007


(2)

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Populasi Mikroba dan Fluks Metana (CH4) serta Nitrous Oksida (N2O) pada Tanah Sawah: Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk Nitrogen adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi Pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan pada Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, Agustus 2007

Suprihati NRP. A. 261030051


(3)

RINGKASAN

SUPRIHATI. Populasi Mikroba dan Fluks Metana (CH4) serta Nitrous Oksida (N2O) pada Tanah Sawah: Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk Nitrogen. Dibimbing oleh ISWANDI ANAS (Ketua), DANIEL MURDIYARSO, SUPIANDI SABIHAM, dan GUNAWAN DJAJAKIRANA (masing-masing sebagai anggota).

Ekosistem padi sawah (sifat tanaman padi, sifat tanah dan aktivitas mikroba selama penanaman) sangat menunjang pembentukan gas CH4 dan N2O, dua gas rumah kaca (GRK) yang berperan dalam pemanasan global. Penelitian lapang yang terdiri dari tiga tahap/bagian dilaksanakan pada bulan Juni 2004 hingga April 2005 bertujuan untuk mempelajari populasi mikroba dan fluks CH4 dan N2O pada tanah sawah. Penelitian pertama dirancang secara acak kelompok dengan lima perlakuan dan tiga ulangan, untuk mempelajari hubungan antara karakteristik tanah dengan fluks CH4 pada budidaya padi sawah, sayuran, ubi jalar, bengkuang dan jagung. Penelitian kedua bertujuan untuk mengetahui pengaruh pengelolaan air terhadap fluks CH4. Pengelolaan air yang dicobakan adalah macak-macak, berselang, penggenangan 5cm dan 10cm, masing-masing diulang lima kali, rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan acak kelompok (RAK). Percobaan ketiga terdiri dari tiga faktor: pengelolaan air (tergenang dan macak-macak), jerami (0 dan 6 ton ha-1) serta pupuk N (Urea,

Control Release Fertilizer/CRF30 dan CRF50). Percobaan ketiga dirancang

dengan rancangan petak-petak terbagi. Pengamatan meliputi Eh tanah, kandungan amonium dan nitrat tanah, respirasi tanah, Cmic; populasi mikroba

total, nitrosomonas, nitrobacter dan denitrifier; jumlah anakan dan bobot gabah. Penetapan fluks CH4 dan N2O dengan metode penyungkupan.

Hasil penelitian pertama menunjukkan bahwa padi sawah menghasilkan fluks CH4 paling tinggi yaitu sebesar 7.50 ± 0.53 mg CH4-C m-2 jam-1 sementara sayuran, ubi jalar, bengkuang dan jagung lebih rendah yaitu sebesar -0.77 ± 0.64 hingga 0.46 ± 0.53 mg CH4-C m-2 jam-1. Populasi nitrifier pada pertanaman yang diamati berkisar antara 3.13x103 hingga 3.17x104 Most Probable Number (MPN) g-1 berat kering mutlak (BKM) tanah sedangkan populasi denitrifier berkisar antara 3.77x103 hingga 1.17x105 MPN g-1 BKM tanah. Antar pertanaman tidak dijumpai proporsi Nitrosomonas, Nitrobacter, Denitrifier maupun total propagul yang spesifik dominan. Fluks CH4 berkorelasi sangat nyata dengan kadar air tanah (r =- 0.951**) dan Eh (r = -0.982**). Korelasi erat antara kadar air tanah dan Eh terhadap fluks CH4 mengindikasikan pentingnya pengelolaan air dalam pengelolaan fluks CH4. Populasi denitrifier berkorelasi nyata dengan pH tanah (r = -0.635*) dan kandungan amonium tanah (r = -0.681*).

Hasil penelitian kedua menunjukkan bahwa pengairan secara macak-macak menghasilkan fluks CH4 yang lebih rendah dibanding perlakuan lainnya. Rata-rata fluks CH4 berturut-turut 0.98, 4.34, 3.92 dan 4.91 mg CH4-C m-2 jam-1 pada perlakuan macak-macak, intermiten, tergenang 5 cm dan 10 cm. Perlakuan macak-macak mengurangi 94 kg CH4 ha-1 musim tanam-1 dibanding penggenangan 5cm.

Hasil penelitian yang ketiga menunjukkan bahwa populasi mikroba total,

nitrosomonas, nitrobacter, nitrifier dan denitrifier, respirasi dan Cmic tidak

berkorelasi secara nyata dengan fluks CH4. Sedangkan fluks N2O berkorelasi nyata terhadap mikroba total, populasi nitrifier dan denitrifier. Pengurangan fluks CH4 dengan perlakuan macak-macak bertendensi meningkatkan fluks N2O pada tanah sawah. Perlakuan macak-macak mampu meningkatkan gabah 87%, mengurangi total fluks CH4 sebesar 24.2%, meningkatkan total fluks N2O 98.7%


(4)

dan mengurangi 24% global warming potential (GWP) dibanding perlakuan penggenangan. Pembenaman jerami setara 6 ton ha-1 mampu meningkatkan gabah 7%, meningkatkan total fluks CH4 sebesar 11.3%, meningkatkan total fluks N2O 51.2% dan meningkatkan 11.3% GWP dibanding tanpa jerami. Penggunaan CRF menurunkan bobot gabah 5.3-6.5%, meningkatkan total fluks CH4 sebesar 10.7 – 21.6%, meningkatkan total fluks N2O 69.2% dan meningkatkan 10.8 – 21.6% GWP dibanding pupuk urea. Pengurangan air hingga kondisi macak-macak mampu mengatasi peningkatan fluks CH4 akibat penambahan jerami.

Kombinasi perlakuan pengelolaan macak-macak, pembenaman jerami dan pupuk urea menghasilkan padi 5.44 ton ha-1, total fluks CH4 76.66 kg CH4 -C ha-1 12 minggu-1, N2O 22.78 g N ha-1 12 minggu-1 dengan GWP setara dengan 1770.02 kg CO2 ha-1 12 minggu-1. Terjadi peningkatan bobot gabah 114.75%, penurunan total fluks CH4, N2O dan GWP masing-masing sebesar 49.97%, 76.7% dan 49.7% terhadap kontrol yaitu perlakuan penggenangan, tanpa jerami dan diberi pupuk urea.


(5)

SUMMARY

SUPRIHATI. Microbe Population, Methane (CH4) and Nitrous Oxide (N2O) Fluxes in Paddy Field: Effect of Water Management, Organic Matter and N Fertilizer. Under the supervision of ISWANDI ANAS (Chaiman), DANIEL MURDIYARSO, SUPIANDI SABIHAM, and GUNAWAN DJAJAKIRANA (members).

Paddy fields provide an environment for production of two important greenhouse gasses, CH4 and N2O, because of variation in soil characteristic, moisture content, and microbe activities during the cultivation. Field experiments were conducted in Bogor from June 2004 through April 2005. There were three sets of experiments designed to study microbe population, CH4 and N2O fluxes in paddy field. The first experiment was designed to study the relationship of soil characteristics and CH4 flux from paddy field, in comparation with up-land crops such as vegetable, sweet potato, yam bean and corn. The second experiment was designed to study effect of water management on CH4 flux and rice yield. The water management treatments were saturated, intermitten, 5 cm flooded and 10 cm flooded. Based on the second experiment, the third experiment was aimed of three factors: Water management (flooded and saturated), rice straw (0 and 6 ton ha-1) and N fertilizer (Urea, Control Release Fertilizer/CRF30 and CRF50), in

which split-split plot experimental design was used. Factors affecting gas flux, including soil Eh, soil ammonium and nitrate content, soil respiration, Cmic;

population of total microbe, nitrosomonas, nitrobacter and denitrifier; number of tiller and weight of grains, were measured as well. Fluxes of CH4 and N2O from paddy rice fields were measured by closed chamber method.

The results showed that rice cultivation produced the highest CH4 flux (7.5 ± 0.53 mg CH4-C m-2 h-1, n=3) , while up-land crops such as vegetable, sweet potato, yam bean and corn produced lower CH4 flux (–0.77 ± 0.64 to 0.46 ± 0.53 mg CH4-C m-2 h-1, n=3). Nitrifier population among the crop cultivations was 3.13x103 to 3.17x104 Most Probable Number (MPN) g-1 soil (dry weight), while denitrifier population was 3.77x103 to 1.17x105 MPN g-1 soil (dry weight). There were no specific dominance proportion of nitrosomonas, nitrobacter, denitrifier

and total propagule among the crop cultivations. The CH4 flux had highly correlation to soil water content (r = 0.951 and soil Eh (r = -0.982). Water management is the important factor to decrease CH4 flux. Denitrifier had significant correlation with soil pH (r = 0.635) and soil ammonium content (r = -0.681).

The second experiment results showed that saturated condition produced the least CH4 flux than the others. The average of seasonal CH4 flux were 0.98, 4.34, 3.92 dan 4.91 mg CH4-C m-2 h-1 at saturated, intermitten, 5 cm flooded and 10 cm flooded plots, respectively. Saturated irrigation decreaced CH4 flux up to 94 kg CH4 ha-1 cropping season-1 compared with 5 cm flooded.

The third experiment results showed that total microbe, nitrosomonas,

nitrobacter, nitrifier, denitrifier, respiration, Cmic had no significant correlation with

CH4 flux. N2O flux was significantly related to total soil microbe, nitrifier and denitrifier population. A slight inverse relationship between CH4 flux and N2O flux was found. Saturated condition increased the grain weight (87%), decreased total CH4 flux (24.2%), increased total N2O flux (98.7%), and decreased GWP (24%) compared with flooding. Rice straw incorporation increased the the grain weight (7%), total CH4 flux (11.3%), total N2O flux (51.2%) and 11.3% GWP compared with no rice straw incorporation treatment. CRFdecreased the grain weight (5.3-6.5%), increased total CH4 flux (10.7 – 21.6%), total N2O flux and GWP (10.8 – 21.6%) compared with urea.


(6)

Saturated, rice straw incorporation and urea combination was found to obtain 5.4 ton ha-1 grains, provided low CH4 (76.7 kg CH4-C ha-1) and N2O (22.8 g N ha-1) total fluxes, and GWP equal to 1770.02 kg CO2 ha-1. There was 114.75% increased of the grain weight, 49.97%, 76.7% dan 49.7% decreased of CH4 flux, N2O flux and GWP, respectively compared with flooded - no rice straw incorporation - urea combination as control treatment.


(7)

© Hak cipta milik INSTITUT PERTANIAN BOGOR, tahun 2007. Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa ijin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam Bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya


(8)

POPULASI MIKROBA DAN FLUKS METANA (CH4) SERTA

NITROUS OKSIDA (N2O) PADA TANAH SAWAH:

PENGARUH PENGELOLAAN AIR, BAHAN ORGANIK DAN

PUPUK NITROGEN

SUPRIHATI

Disertasi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada

Program Studi Ilmu Tanah

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2007


(9)

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tertutup, Jum’at 8 Juni 2007 1. Dr. Ir. Prihasto Setyanto, MSc.

Balai Penelitian Lingkungan Pertanian Jakenan, Pati, Jawa Tengah

Penguji Luar Komisi pada Ujian Terbuka, Selasa 31 Juli 2007 1. Prof. (Riset) Dr. Ir. Abdul Karim Makarim, MSc.

Balai Besar Penelitian Tanaman Padi

Pusat Penelitian dan Pengembangan Pertanian Tanaman Pangan, Bogor 2. Prof. Dr. Kris Herawan Timotius


(10)

Judul Disertasi : Populasi Mikroba dan Fluks Metana (CH4) serta Nitrous

Oksida (N2O) pada Tanah Sawah: Pengaruh

Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk Nitrogen Nama : Suprihati

NRP : A. 261030051

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Iswandi Anas, MSc Prof. Dr. Ir. Daniel Murdiyarso, MS Ketua Anggota

Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, MAgr Dr. Ir. Gunawan Djajakirana, MSc Anggota Anggota

Diketahui,

Ketua Program Studi Ilmu Tanah Dekan Sekolah Pascasarjana IPB

Dr. Ir. Komaruddin Idris, MSc Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S


(11)

POPULASI MIKROBA DAN FLUKS METANA (CH4) SERTA

NITROUS OKSIDA (N2O) PADA TANAH SAWAH:

PENGARUH PENGELOLAAN AIR, BAHAN ORGANIK DAN

PUPUK NITROGEN

SUPRIHATI

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2007


(12)

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Populasi Mikroba dan Fluks Metana (CH4) serta Nitrous Oksida (N2O) pada Tanah Sawah: Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk Nitrogen adalah karya saya sendiri dengan arahan komisi Pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan pada Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.

Bogor, Agustus 2007

Suprihati NRP. A. 261030051


(13)

RINGKASAN

SUPRIHATI. Populasi Mikroba dan Fluks Metana (CH4) serta Nitrous Oksida (N2O) pada Tanah Sawah: Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk Nitrogen. Dibimbing oleh ISWANDI ANAS (Ketua), DANIEL MURDIYARSO, SUPIANDI SABIHAM, dan GUNAWAN DJAJAKIRANA (masing-masing sebagai anggota).

Ekosistem padi sawah (sifat tanaman padi, sifat tanah dan aktivitas mikroba selama penanaman) sangat menunjang pembentukan gas CH4 dan N2O, dua gas rumah kaca (GRK) yang berperan dalam pemanasan global. Penelitian lapang yang terdiri dari tiga tahap/bagian dilaksanakan pada bulan Juni 2004 hingga April 2005 bertujuan untuk mempelajari populasi mikroba dan fluks CH4 dan N2O pada tanah sawah. Penelitian pertama dirancang secara acak kelompok dengan lima perlakuan dan tiga ulangan, untuk mempelajari hubungan antara karakteristik tanah dengan fluks CH4 pada budidaya padi sawah, sayuran, ubi jalar, bengkuang dan jagung. Penelitian kedua bertujuan untuk mengetahui pengaruh pengelolaan air terhadap fluks CH4. Pengelolaan air yang dicobakan adalah macak-macak, berselang, penggenangan 5cm dan 10cm, masing-masing diulang lima kali, rancangan percobaan yang digunakan adalah rancangan acak kelompok (RAK). Percobaan ketiga terdiri dari tiga faktor: pengelolaan air (tergenang dan macak-macak), jerami (0 dan 6 ton ha-1) serta pupuk N (Urea,

Control Release Fertilizer/CRF30 dan CRF50). Percobaan ketiga dirancang

dengan rancangan petak-petak terbagi. Pengamatan meliputi Eh tanah, kandungan amonium dan nitrat tanah, respirasi tanah, Cmic; populasi mikroba

total, nitrosomonas, nitrobacter dan denitrifier; jumlah anakan dan bobot gabah. Penetapan fluks CH4 dan N2O dengan metode penyungkupan.

Hasil penelitian pertama menunjukkan bahwa padi sawah menghasilkan fluks CH4 paling tinggi yaitu sebesar 7.50 ± 0.53 mg CH4-C m-2 jam-1 sementara sayuran, ubi jalar, bengkuang dan jagung lebih rendah yaitu sebesar -0.77 ± 0.64 hingga 0.46 ± 0.53 mg CH4-C m-2 jam-1. Populasi nitrifier pada pertanaman yang diamati berkisar antara 3.13x103 hingga 3.17x104 Most Probable Number (MPN) g-1 berat kering mutlak (BKM) tanah sedangkan populasi denitrifier berkisar antara 3.77x103 hingga 1.17x105 MPN g-1 BKM tanah. Antar pertanaman tidak dijumpai proporsi Nitrosomonas, Nitrobacter, Denitrifier maupun total propagul yang spesifik dominan. Fluks CH4 berkorelasi sangat nyata dengan kadar air tanah (r =- 0.951**) dan Eh (r = -0.982**). Korelasi erat antara kadar air tanah dan Eh terhadap fluks CH4 mengindikasikan pentingnya pengelolaan air dalam pengelolaan fluks CH4. Populasi denitrifier berkorelasi nyata dengan pH tanah (r = -0.635*) dan kandungan amonium tanah (r = -0.681*).

Hasil penelitian kedua menunjukkan bahwa pengairan secara macak-macak menghasilkan fluks CH4 yang lebih rendah dibanding perlakuan lainnya. Rata-rata fluks CH4 berturut-turut 0.98, 4.34, 3.92 dan 4.91 mg CH4-C m-2 jam-1 pada perlakuan macak-macak, intermiten, tergenang 5 cm dan 10 cm. Perlakuan macak-macak mengurangi 94 kg CH4 ha-1 musim tanam-1 dibanding penggenangan 5cm.

Hasil penelitian yang ketiga menunjukkan bahwa populasi mikroba total,

nitrosomonas, nitrobacter, nitrifier dan denitrifier, respirasi dan Cmic tidak

berkorelasi secara nyata dengan fluks CH4. Sedangkan fluks N2O berkorelasi nyata terhadap mikroba total, populasi nitrifier dan denitrifier. Pengurangan fluks CH4 dengan perlakuan macak-macak bertendensi meningkatkan fluks N2O pada tanah sawah. Perlakuan macak-macak mampu meningkatkan gabah 87%, mengurangi total fluks CH4 sebesar 24.2%, meningkatkan total fluks N2O 98.7%


(14)

dan mengurangi 24% global warming potential (GWP) dibanding perlakuan penggenangan. Pembenaman jerami setara 6 ton ha-1 mampu meningkatkan gabah 7%, meningkatkan total fluks CH4 sebesar 11.3%, meningkatkan total fluks N2O 51.2% dan meningkatkan 11.3% GWP dibanding tanpa jerami. Penggunaan CRF menurunkan bobot gabah 5.3-6.5%, meningkatkan total fluks CH4 sebesar 10.7 – 21.6%, meningkatkan total fluks N2O 69.2% dan meningkatkan 10.8 – 21.6% GWP dibanding pupuk urea. Pengurangan air hingga kondisi macak-macak mampu mengatasi peningkatan fluks CH4 akibat penambahan jerami.

Kombinasi perlakuan pengelolaan macak-macak, pembenaman jerami dan pupuk urea menghasilkan padi 5.44 ton ha-1, total fluks CH4 76.66 kg CH4 -C ha-1 12 minggu-1, N2O 22.78 g N ha-1 12 minggu-1 dengan GWP setara dengan 1770.02 kg CO2 ha-1 12 minggu-1. Terjadi peningkatan bobot gabah 114.75%, penurunan total fluks CH4, N2O dan GWP masing-masing sebesar 49.97%, 76.7% dan 49.7% terhadap kontrol yaitu perlakuan penggenangan, tanpa jerami dan diberi pupuk urea.


(15)

SUMMARY

SUPRIHATI. Microbe Population, Methane (CH4) and Nitrous Oxide (N2O) Fluxes in Paddy Field: Effect of Water Management, Organic Matter and N Fertilizer. Under the supervision of ISWANDI ANAS (Chaiman), DANIEL MURDIYARSO, SUPIANDI SABIHAM, and GUNAWAN DJAJAKIRANA (members).

Paddy fields provide an environment for production of two important greenhouse gasses, CH4 and N2O, because of variation in soil characteristic, moisture content, and microbe activities during the cultivation. Field experiments were conducted in Bogor from June 2004 through April 2005. There were three sets of experiments designed to study microbe population, CH4 and N2O fluxes in paddy field. The first experiment was designed to study the relationship of soil characteristics and CH4 flux from paddy field, in comparation with up-land crops such as vegetable, sweet potato, yam bean and corn. The second experiment was designed to study effect of water management on CH4 flux and rice yield. The water management treatments were saturated, intermitten, 5 cm flooded and 10 cm flooded. Based on the second experiment, the third experiment was aimed of three factors: Water management (flooded and saturated), rice straw (0 and 6 ton ha-1) and N fertilizer (Urea, Control Release Fertilizer/CRF30 and CRF50), in

which split-split plot experimental design was used. Factors affecting gas flux, including soil Eh, soil ammonium and nitrate content, soil respiration, Cmic;

population of total microbe, nitrosomonas, nitrobacter and denitrifier; number of tiller and weight of grains, were measured as well. Fluxes of CH4 and N2O from paddy rice fields were measured by closed chamber method.

The results showed that rice cultivation produced the highest CH4 flux (7.5 ± 0.53 mg CH4-C m-2 h-1, n=3) , while up-land crops such as vegetable, sweet potato, yam bean and corn produced lower CH4 flux (–0.77 ± 0.64 to 0.46 ± 0.53 mg CH4-C m-2 h-1, n=3). Nitrifier population among the crop cultivations was 3.13x103 to 3.17x104 Most Probable Number (MPN) g-1 soil (dry weight), while denitrifier population was 3.77x103 to 1.17x105 MPN g-1 soil (dry weight). There were no specific dominance proportion of nitrosomonas, nitrobacter, denitrifier

and total propagule among the crop cultivations. The CH4 flux had highly correlation to soil water content (r = 0.951 and soil Eh (r = -0.982). Water management is the important factor to decrease CH4 flux. Denitrifier had significant correlation with soil pH (r = 0.635) and soil ammonium content (r = -0.681).

The second experiment results showed that saturated condition produced the least CH4 flux than the others. The average of seasonal CH4 flux were 0.98, 4.34, 3.92 dan 4.91 mg CH4-C m-2 h-1 at saturated, intermitten, 5 cm flooded and 10 cm flooded plots, respectively. Saturated irrigation decreaced CH4 flux up to 94 kg CH4 ha-1 cropping season-1 compared with 5 cm flooded.

The third experiment results showed that total microbe, nitrosomonas,

nitrobacter, nitrifier, denitrifier, respiration, Cmic had no significant correlation with

CH4 flux. N2O flux was significantly related to total soil microbe, nitrifier and denitrifier population. A slight inverse relationship between CH4 flux and N2O flux was found. Saturated condition increased the grain weight (87%), decreased total CH4 flux (24.2%), increased total N2O flux (98.7%), and decreased GWP (24%) compared with flooding. Rice straw incorporation increased the the grain weight (7%), total CH4 flux (11.3%), total N2O flux (51.2%) and 11.3% GWP compared with no rice straw incorporation treatment. CRFdecreased the grain weight (5.3-6.5%), increased total CH4 flux (10.7 – 21.6%), total N2O flux and GWP (10.8 – 21.6%) compared with urea.


(16)

Saturated, rice straw incorporation and urea combination was found to obtain 5.4 ton ha-1 grains, provided low CH4 (76.7 kg CH4-C ha-1) and N2O (22.8 g N ha-1) total fluxes, and GWP equal to 1770.02 kg CO2 ha-1. There was 114.75% increased of the grain weight, 49.97%, 76.7% dan 49.7% decreased of CH4 flux, N2O flux and GWP, respectively compared with flooded - no rice straw incorporation - urea combination as control treatment.


(17)

© Hak cipta milik INSTITUT PERTANIAN BOGOR, tahun 2007. Hak cipta dilindungi

Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa ijin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam Bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, mikrofilm, dan sebagainya


(18)

POPULASI MIKROBA DAN FLUKS METANA (CH4) SERTA

NITROUS OKSIDA (N2O) PADA TANAH SAWAH:

PENGARUH PENGELOLAAN AIR, BAHAN ORGANIK DAN

PUPUK NITROGEN

SUPRIHATI

Disertasi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada

Program Studi Ilmu Tanah

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2007


(19)

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tertutup, Jum’at 8 Juni 2007 1. Dr. Ir. Prihasto Setyanto, MSc.

Balai Penelitian Lingkungan Pertanian Jakenan, Pati, Jawa Tengah

Penguji Luar Komisi pada Ujian Terbuka, Selasa 31 Juli 2007 1. Prof. (Riset) Dr. Ir. Abdul Karim Makarim, MSc.

Balai Besar Penelitian Tanaman Padi

Pusat Penelitian dan Pengembangan Pertanian Tanaman Pangan, Bogor 2. Prof. Dr. Kris Herawan Timotius


(20)

Judul Disertasi : Populasi Mikroba dan Fluks Metana (CH4) serta Nitrous

Oksida (N2O) pada Tanah Sawah: Pengaruh

Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk Nitrogen Nama : Suprihati

NRP : A. 261030051

Disetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Ir. Iswandi Anas, MSc Prof. Dr. Ir. Daniel Murdiyarso, MS Ketua Anggota

Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, MAgr Dr. Ir. Gunawan Djajakirana, MSc Anggota Anggota

Diketahui,

Ketua Program Studi Ilmu Tanah Dekan Sekolah Pascasarjana IPB

Dr. Ir. Komaruddin Idris, MSc Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, M.S


(21)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Karanganyar pada tanggal 24 September 1960 dari keluarga ayah Soegiyoto Dwijosoemarto (almarhum) dan ibu Sri Soenarsih. Penulis adalah putri pertama dari tujuh bersaudara. Penulis menikah dengan Ir. Ruminto Adi, MS. (almarhum) dan dikaruniai 3 orang putra yaitu Oryza Adhisurya (20), Adinandra Dharmasurya (17) dan Eriandra Budhisurya (15). Saat ini penulis dan keluarga tinggal di Kota Salatiga, Jawa Tengah.

Jenjang pendidikan sekolah dasar (SD) diselesaikan di SDN I Koripan, Kabupaten Karanganyar, pada akhir tahun 1971. Pendidikan sekolah lanjutan pertama diselesaikan di SMPN II Karanganyar di Kota Karanganyar pada akhir tahun 1974. Sedangkan jenjang sekolah lanjutan atas diselesaikan di SMAN I Karanganyar di Kota Karanganyar pada akhir tahun 1977.

Pada tahun ajaran 1978 penulis diterima melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor (IPB) di Bogor, kemudian pada tahun 1979 diterima di Departemen Ilmu-Ilmu Tanah Fakultas Pertanian IPB. Penulis lulus dan meraih gelar sarjana dari IPB pada tahun 1982. Pada tahun ajaran 1988, penulis mendapatkan kesempatan studi lanjut pada jenjang Strata II (S2) dengan beasiswa dari Universitas Kristen Satya Wacana (UKSW) dan diterima pada Program Studi Ilmu Tanah, Sekolah Pascasarjana IPB dan lulus serta mendapatkan gelar Magister Sains (MS) tahun 1991. Sejak tahun ajaran 2003 penulis melanjutkan studi jenjang Strata III (S3) pada Sekolah Pascasarjana (SPs) IPB dengan beasiswa BPPS dari DIKTI.

Sejak tahun 1983 hingga sekarang penulis bekerja sebagai staf pengajar tetap pada Fakultas Pertanian, Universitas Kristen Satya Wacana (UKSW) di Salatiga.

Selama mengikuti program S3, penulis menjadi anggota The International Society for Southeast Asian Agriculture Sciences (ISSAAS). Karya ilmiah berjudul “Effect of water managements on methane flux, soil microbe and rice yield in Bogor, Indonesia” telah disajikan pada International workshop on “Ecological Analysis and Control of Greenhouse Gas Emissions from Agriculture in Asia” yang diselenggarakan di Universitas Ibaraki di Ibaraki Jepang pada tanggal 15-16 September 2005. Naskah berjudul “Fluks Metana dan Karakteristik Tanah pada Beberapa Macam Budidaya”, telah diterbitkan di Buletin Agronomi IPB edisi Desember volume XXXIV No. 3 tahun 2006 (181-187). Karya-karya tersebut merupakan bagian dari disertasi program S3 penulis. Pada bulan April 2007 penulis memperoleh penghargaan IPNI Scholar Awards dari International Plant Nutrient Institute (IPNI).


(22)

PRAKATA

Permasalahan pemanasan global yang disebabkan oleh peningkatan konsentrasi gas rumah kaca (GRK) oleh aktivitas manusia mendapat perhatian besar dari berbagai pihak. Lingkungan padi sawah secara ekologis menstimulir produksi GRK CH4 dan N2O. Emisi CH4 dan N2O dari lahan sawah berkaitan erat dengan perilaku mikroba tanah. Pengkajian CH4 dan N2O secara simultan bila dikaitkan sekaligus dengan dinamika mikroba menjadi semakin menarik dan sangat diperlukan dalam upaya mitigasi GRK.

Segala puji dan syukur penyusun panjatkan kepada Tuhan yang sumber Kasih, Hikmat dan Pengetahuan. atas berkat dan pimpinan anugrahNYA, disertasi berjudul “Populasi Mikroba dan Fluks Metana (CH4) serta Nitrous

Oksida (N2O) pada Tanah Sawah: Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan

Organik dan Pupuk Nitrogen” telah dapat penyusun selesaikan.

Penghargaan dan ungkapan terimakasih penyusun haturkan kepada: 1. Prof. Dr. Ir. Iswandi Anas, MSc., Prof. Dr. Ir. Daniel Murdiyarso, MS., Prof. Dr.

Ir. Supiandi Sabiham, MAgr., dan Dr. Ir. Gunawan Djajakirana, MSc. Masing-masing selaku ketua dan anggota komisi pembimbing atas bimbingan, arahan, serta dorongan beliau sehingga disertasi ini dapat diselesaikan. 2. Prof. Dr. Ir. Iswandi Anas, MSc. yang telah memberikan kepercayaan dan

fasilitas pendanaan dalam kerangka penelitian kerjasama IPB-Universitas Chiba-Universitas Ibaraki, Jepang juga dukungan penuh sehingga penyusun memperoleh penghargaan IPNI Scholar Award. Prof. Dr. Ir. Daniel Murdiyarso, MS. yang telah memfasilitasi peningkatan wacana penyusun melalui kerjasama dengan SARCS. Prof. Dr. Ir. Supiandi Sabiham, MAgr. yang memberikan referensi kuat dalam pengurusan IPNI Scholar Award.

3. Pimpinan UKSW, pimpinan Fakultas Pertanian UKSW beserta staf yang telah mempercayakan kesempatan studi lanjut dan memberikan segenap dukungan selama penyelesaian studi.

4. Pimpinan IPB melalui Pimpinan Sekolah Pascasarjana, Departemen Ilmu Tanah dan Sumberdaya Lahan maupun Program Studi Ilmu Tanah beserta staf pengajar yang telah memberikan kesempatan belajar dan suasana akademik yang menunjang.

5. Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi yang telah menyediakan beasiswa BPPS.

6. Rekan-rekan mahasiswa Pascasarjana Program Studi Ilmu Tanah dan keluarga besar laboratorium Biologi Tanah atas segala bantuan, persahabatan, diskusi yang membangun serta semangat saling mendukung dalam belajar.

7. Keluarga terkasih: keluarga besar Soegiyoto Dwidjosoemarto dan keluarga besar Soemardjo Astrowidjojo atas topangan kasih dan doanya.

8. Putra-putra terkasih Oryza, Nandra dan Rian untuk kesabaran, pengertian dan dorongan semangat yang senantiasa diberikan.

9. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu atas segala bantuan yang diberikan hingga disertasi ini dapat diselesaikan.

Disertasi ini sangat bermanfaat bagi penyusun dalam proses memahami aspek mikrobial GRK dari tanah sawah. Harapan penyusun, disertasi ini juga bermanfaat bagi pengembangan ilmu tanah khususnya aspek mikrobial CH4 dan N2O pada tanah sawah.

Bogor, Agustus 2007 Suprihati, Penyusun


(23)

xiii

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL xv

DAFTAR GAMBAR xvi

DAFTAR LAMPIRAN xviii

I PENDAHULUAN 1

Latar Belakang ... 1 Kerangka Pemikiran ... 4 Tujuan Penelitian dan Hipotesis ... 5

II TINJAUAN PUSTAKA 7

Emisi Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Pertanian ... 7 Aspek Mikrobiologis pada Tanah Sawah ... 9 Emisi Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Sawah ……… 10

Pengaruh Bahan Organik terhadap Emisi Metana dan Nitrous

Oksida ... 14 Pengaruh Pengelolaan Air terhadap Emisi Metana dan

Nitrous Oksida ... 16 Pengaruh Pupuk N Lepas Terkontrol terhadap Emisi Metana

dan Nitrous Oksida ...

18

Global Warming Potential Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah

Sawah ... 19

III BAHAN DAN METODE 21

Percobaan I: Fluks metana dan karakteristik tanah pada budidaya lima macam tanaman ………..

21 Percobaan II: Pengaruh pengelolaan air terhadap fluks CH4 dan

populasi mikroba tanah pada tanah sawah ...

23 Percobaan III: Pengaruh pengelolaan air, bahan organik dan

pupuk N terhadap populasi mikroba tanah dan fluks CH4 serta

N2O pada tanah sawah ………... 25

Deskripsi Lokasi dan Waktu Penelitian ... 25 Bahan dan Alat ... 25 Rancangan Percobaan ... 26 Penyiapan Petak Percobaan dan Budidaya ... 27 Pengukuran Parameter Pengamatan ... 28 Pengukuran parameter mikrobiologi dan kimia tanah …….. 28 Pengambilan Contoh Gas dan Pengukuran Konsentrasi


(24)

xiv

Penghitungan Global Warming Potential (GWP) ………….. 29 Analisis Data ... 29

IV HASIL DAN PEMBAHASAN 30

Fluks Metana dan Karakteristik Tanah pada Budidaya Lima

Macam Tanaman ……… 30

Karakteristik Tanah pada Budidaya Lima Macam Tanaman 30 Fluks CH4 padaBudidaya Lima Macam Tanaman ………… 31 Mikroba Fungsional pada Budidaya Lima Macam

Tanaman ……….. 32

Korelasi CH4, Mikroba Tanah dan Sifat Tanah ... 33 Pengaruh Pengelolaan Air terhadap Fluks Metana dan Populasi

Mikroba Tanah pada Tanah Sawah ……… 35 Pengaruh Pengelolaan Air terhadap Fluks CH4 ... 35 Pengaruh Pengelolaan Air terhadap Populasi Mikroba

Tanah ... 37 Pengaruh Pengelolaan Air terhadap Komposisi N Tanah ... 40 Pengaruh Pengelolaan Air terhadap Hasil Padi ... 40 Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk N terhadap

Populasi Mikroba Tanah, Fluks Metana serta Nitrous Oksida pada

Tanah Sawah……… 42

Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk N

terhadap Sifat Kimia Tanah ... 42 Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk N

terhadap Populasi Mikroba Tanah ... 50 Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk N

terhadap Fluks CH4 dan N2O ... 63 Pengaruh Pengelolaan Air, Bahan Organik dan Pupuk N

terhadap Produksi Padi dan Nisbah Produksi-Emisi ... 73 Pengaruh Populasi Mikroba terhadap Fluks CH4 dan N2O.. 76 Hubungan Sifat Tanah, Hasil Tanaman dengan Fluks CH4

serta N2O ... 80 Hubungan antara Fluks CH4 dan N2O ... 83

Pembahasan Umum ……… 88

V KESIMPULAN DAN SARAN 93

DAFTAR PUSTAKA 95


(25)

xv

DAFTAR TABEL

No. Teks Halaman

3.1. Parameter pengamatan pada percobaan I ………. 23 3.2. Parameter pengamatan pada percobaan II ……… 25 3.3. Parameter dan agihan waktu pengamatan pada percobaan III 29 4.1. Karakteristik tanah pada budidaya lima macam tanaman …… 31 4.2. Mikroba fungsional pada budidaya lima macam tanaman …... 33 4.3. Tabel korelasi antar parameter karakteristik tanah, mikroba

dan fluks CH4 ………... 35 4.4. Kadar N tanah pada kombinasi perlakuan pengelolaan air,

bahan organik dan pupuk N pada 0, 4, 8 dan 12 MST ………. 50 4.5. Populasi mikroba tanah pada kombinasi perlakuan

pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N ………. 51 4.6. C-organik, Cmic dan nisbah Cmic/C-organik pada kombinasi

perlakuan pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N …….. 62 4.7. Emisi CH4 antar perlakuan dan kombinasi pengelolaan air,

bahan organik dan pupuk N ……….. 68 4.8. Pengaruh perlakuan pengelolaan air, bahan organik dan

pupuk N terhadap jumlah anakan, bobot jerami dan bobot

gabah ……… 74

4.9. Jumlah anakan, bobot gabah, emisi serta nisbah emisi CH4 dan N2O terhadap bobot gabah pada kombinasi perlakuan

pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N …….. 75 4.10. Korelasi fluks CH4 dengan populasi mikroba tanah ………….. 76 4.11. Korelasi fluks N2O dengan populasi mikroba tanah ………… 78 4.12. Kontribusi CH4 dan N2O terhadap GWP dari kombinasi


(26)

xvi

DAFTAR GAMBAR

No. Teks Halaman

1.1. Hubungan sebab akibat antara teknik budidaya padi sawah dengan fluks Metana (CH4) dan nitrous oksida (N2O) serta pemanasan global yang menjadi kerangka pemikiran

penelitian ini ……….. 5 2.1. Lingkungan makro ekosistem padi sawah (Roger et al., 1993) 9 2.2. Skema dinamika produksi dan emisi metana pada tanah

sawah (Wasmann dan Aulakh,2000) ……….. 12 2.3. Transformasi nitrogen pada tanah sawah tergenang (De Data,

1981) ………... 13

3.1. Penetapan perubahan konsentrasi metana antar waktu (dc/dt) 22 3.2. Tata letak petak percobaan di lapang ………... ………... 27 4.1. Fluks CH4 dan ruang pori tanah terisi air pada budidaya lima

macam tanaman (error bar menunjukkan standar deviasi)…… 32 4.2. Fluktuasi fluks CH4 dua mingguan: (a) antara perlakuan

pengelolaan air, (b) rata-rata antar perlakuan pengelolaan

air, error bar menunjukkan standar deviasi (n=20) ……… 36 4.3. Fluks metana antar perlakuan pengelolaan air, error bar

menunjukkan standar deviasi (n=30) ………. 37 4.4. Populasi total mikroba pada empat macam pengelolaan air,

error bar menunjukkan standar deviasi (n=5) ………. 38 4.5. Populasi nitrifier pada empat macam pengelolaan air ………… 39 4.6. Pengaruh pengelolaan air terhadap populasi nitrifier dan

denitrifier pada 4 minggu setelah tanam ……….. 39 4.7. Pengaruh pengelolaan air terhadap konsentrasi amonium dan

nitrat tanah pada 4 dan 8 MST, error bar menunjukkan

standar deviasi (n=5) ……… 40 4.8. Pengaruh pengelolaan air terhadap hasil tanaman: (a) jumlah

anakan, (b) bobot jerami dan gabah, error bar menunjukkan

standar deviasi (n=5) ……… 41 4.9. Pengaruh pengelolaan air (a), bahan organik (b) dan pupuk

nitrogen (c) terhadap Eh tanah ………. 43 4.10. Dinamika Eh tanah sawah antar perlakuan pengelolaan air,

bahan organik dan pupuk N ……… 45 4.11. Pengaruh pengelolaan air (a), bahan organik (b) dan pupuk

nitrogen (c) terhadap pH tanah ………. 46 4.12. Pengaruh pengelolaan air (a), bahan organik (b) dan pupuk

nitrogen (c) terhadap amonium tanah ……….. 47 4.13. Kadar amonium dan nitrat tanah pada perlakuan pengelolaan

air (a), bahan organik (b) dan pupuk nitrogen (c) pada 0, 4, 8

dan 12 MST ………... 49 4.14. Jumlah total mikroba tanah pada perlakuan pengelolaan air

(a), bahan organik (b) dan pupuk nitrogen (c) pada 0, 4, 8 dan

12 MST ………... 52

4.15. Jumlah nitrosomonas pada perlakuan pengelolaan air (a), bahan organik (b) dan pupuk nitrogen (c) pada 0, 4, 8 dan 12

MST ……… 55

4.16. Jumlah nitrobacter pada perlakuan pengelolaan air (a), bahan

organik (b) dan pupuk nitrogen (c) pada 0, 4, 8 dan 12 MST ... 57 4.17. Jumlah denitrifier pada perlakuan pengelolaan air (a), bahan


(27)

xvii

organik (b) dan pupuk nitrogen (c) pada 0, 4, 8 dan 12 MST … 59 4.18. Respirasi pada perlakuan pengelolaan air (a), bahan organik

(b) dan pupuk nitrogen (c) pada 0, 4, 8 dan 12 MST ………….. 60 4.19. Cmic pada perlakuan pengelolaan air (a), bahan organik (b)

dan pupuk nitrogen (c) pada 6, 8 dan 12 MST ……… 62 4.20. Fluks CH4 dua mingguan pada umur 0 – 12 MST, gabungan

seluruh perlakuan, error bar menunjukkan standar deviasi,

n=36 ……… 63

4.21. Fluks CH4 pada perlakuan pengelolaan air (a), bahan organik (b) dan pupuk nitrogen (c) pada 0, 2, 4, 6, 8, 10 dan 12 MST,

error bar menunjukkan standar deviasi, n=18 ……… 65 4.22. Emisi CH4 (kg CH4-C/ha) pada perlakuan pengelolaan air,

bahan organik dan pupuk nitrogen (error bar menunjukkan

standar deviasi, n=18 ………... 67 4.23. Emisi CH4 pada berbagai kombinasi perlakuan pengelolaan

air, bahan organik dan pupuk nitrogen (error bar menunjukkan

standar deviasi, n=3) ………... 69 4.24. Fluks N2O dua mingguan pada umur 0 – 12 MST, gabungan

seluruh perlakuan, error bar menunjukkan standar deviasi,

n=36 ………... 70 4.25. Fluks N2O pada perlakuan pengelolaan air (a), bahan organik

(b) dan pupuk nitrogen (c) pada 0, 2, 4, 8, 10 MST ……… 71 4.26. Emisi N2O pada perlakuan pengelolaan air, bahan organik

dan pupuk nitrogen (error bar menunjukkan standar deviasi,

n=18) ……… 72

4.27. Emisi N2O pada berbagai kombinasi perlakuan pengelolaan air, bahan organik dan pupuk nitrogen (error bar menunjukkan

standar deviasi, n=3) ………... 73 4.28. Bobot gabah, emisi CH4 dan N2O pada berbagai kombinasi

perlakuan pengelolaan air, bahan organik dan pupuk nitrogen 75 4.29. Hubungan antara populasi mikroba total, respirasi dan fluks

CH4 ……….. 77

4.30. Hubungan antara populasi mikroba denitrifier, nitrifier dan

fluks N2O ……… 79 4.31. Hubungan antara konsentrasi Fe tanah tersedia dengan fluks

CH4 pada 4 MST (n=24) ……….. 80 4.32. Konsentrasi besi dan fluks CH4 pada perlakuan pengelolaan

air, bahan organik dan pupuk nitrogen (4 MST) ……….. 81 4.33. Suhu udara, curah hujan dan CH4 serta N2O hingga12 MST… 82 4.34. Keterkaitan fluks CH4 dan N2O selama pertumbuhan tanaman

padi ………. 84 4.35. Keterkaitan emisi CH4 dan N2O pada perlakuan pengelolaan

air, bahan organik dan pupuk N ……….. 84 4.36. Keterkaitan emisi CH4 dan N2O pada kombinasi perlakuan

pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N ……….. 84 4.37. Hubungan antara emisi CH4dan N2O (n=36) ………... 85 4.38. Pengaruh pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N

terhadap GWP pada tanah sawah (a) dan GWP pada

berbagai kombinasi perlakuan (b) ……… 87 4.39. Fluks CH4 antar musim tanam padi ………... 89


(28)

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

No. Teks Halaman

1. Hasil analisis tanah Cihideung Udik ……… 105 2. Data pH tanah pada kombinasi perlakuan pengelolaan air,

bahan organik dan pupuk N ……….. 106 3. Data Eh tanah pada kombinasi perlakuan pengelolaan air,

bahan organik dan pupuk N dari 0 hingga 12 MST ………... 106 4. Pengaruh interaksi perlakuan pengelolaan air, bahan organik

dan pupuk N terhadap fluks CH4 ………. 106 5. Fluks CH4 pada kombinasi interaksi perlakuan pengelolaan air,

bahan organik dan pupuk N ……….. 107 6. Pengaruh interaksi perlakuan pengelolaan air, bahan organik

dan pupuk N terhadap fluks N2O ………. 107 7. Fluks N2O pada kombinasi interaksi perlakuan pengelolaan air,

bahan organik dan pupuk N ……….. 107 8. Tata letak petak percobaan ……….. 108 9. Plastik pembatas antar petak percobaan ……… 108 10. Aplikasi cacahan jerami padi ………. 109 11. Titian bambu untuk pengambilan gas contoh ………. 109 12. Pemasangan sungkup gas pada penyangga aluminium ……….. 110 13. Pengambilan gas contoh ……… 110


(29)

I. PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pemanasan global disebabkan oleh peningkatan konsentrasi gas rumah kaca (GRK), khususnya karbon dioksida (CO2), metana (CH4) dan nitrous oksida (N2O) di atmosfer. Konsentrasi masing-masing gas tersebut di atmosfer ditentukan oleh laju emisi dari berbagai aktivitas manusia. Secara umum permasalahan pemanasan global merupakan ancaman serius bagi kelestarian ekosistem bumi dan menjadi isu lingkungan hidup global sejak tahun 1990-an (Soemarwoto, 1991; Duxbury dan Mosier, 1997; Murdiyarso, 2003a, 2003b, 2003c). Berdasarkan konsentrasinya, kontribusi masing-masing GRK CO2, CH4 dan N2O terhadap pemanasan global berturut-turut sebesar 55%, 15% dan 6%. Berbagai sektor yang ditengarai berkontribusi terhadap peningkatan GRK tersebut adalah sektor industri dan transportasi, kehutanan, pertanian, pengelolaan limbah (Greene dan Salt, 1997).

Sektor pertanian mengemisikan GRK CH4, N2O dari kegiatan budidaya padi sawah, ternak ruminansia, pengelolaan pupuk, konversi lahan dan pengelolaan limbah pertanian. Proses produksi pertanian di lahan (on farm) memberikan kontribusi penting dalam meningkatan konsentrasi CH4 dan N2O di atmosfer baik dari kegiatan biogenik maupun antropogenik. Kegiatan biogenik meliputi aktivitas organisme (baik mikroba maupun tanaman) dan kegiatan antropogenik menyangkut aspek pengelolaan dalam kegiatan budidaya pertanian (Greene dan Salt, 1997).

Kemampuan CH4 untuk meningkatkan suhu bumi sangat tinggi, karena kapasitas absorpsi infra merah per molekulnya 25 kali lebih besar dibanding CO2. Konsentrasinya di atmosfer mencapai 1720 ppbv dengan laju peningkatan konsentrasi 10–20 ppbv per tahun (Duxbury dan Mosier, 1997). Emisi CH4 merupakan hasil resultante proses produksi dari sumber (source) dengan konsumsi dari rosot (sink). Konsentrasi CH4 di belahan utara khatulistiwa sekitar 100 ppbv lebih tinggi dibanding konsentrasi gas tersebut di belahan selatan khatulistiwa, hal tersebut mengindikasikan bahwa di belahan utara source CH4 lebih kuat dibandingkan dengan sinknya. Laju peningkatan konsentrasi CH4 di atmosfer mengalami penurunan dari 20 ppbv per tahun pada tahun 1970-an dan kini menjadi sekitar 10 ppbv per tahun. Alasan penurunan laju tersebut kurang


(30)

2

jelas apakah karena terjadi penurunan produksi atau peningkatan konsumsi melalui oksidasi CH4 (Duxbury dan Mosier, 1997).

Estimasi emisi CH4 mencapai 205 – 245 Tg CH4 tahun-1 yang berasal dari sektor pertanian yang terdiri dari ternak ruminan (80 Tg), padi sawah (60 – 100 Tg) dan limbah ternak (25 Tg) (Duxbury dan Mosier, 1997). Hasil inventarisasi dari lima negara Asia (Bangladesh, China, Mongolia, Filipina dan Thailand) mengindikasikan bahwa sektor pertanian merupakan sumber utama emisi CH4. Dari sektor pertanian tersebut dua sumber utama penghasil CH4 adalah padi sawah dan peternakan (Murdiyarso, 1996). Emisi CH4 dari lahan padi sawah tersebut direvisi menjadi 20 Tg CH4 per tahun (Sass et al., 2002).

Konsentrasi N2O pada dekade 1990-an sekitar 310 ppbv dengan laju peningkatan sebesar 0.6 – 0.9 ppbv tahun-1 atau 0.25% tahun-1 (Whalen, 2000). Konsentrasi N2O di belahan utara khatulistiwa sekitar 0.75 ppbv lebih tinggi dibanding konsentrasi N2O di belahan selatan khatulistiwa, yang menunjukkan dominasi kekuatan produksi dibanding sinknya. Gas ini ditengarai bersifat karsinogenik dan mengalami fotolysis berulang yang menyebabkan rusaknya lapisan ozon di stratosfer sehingga tidak mampu menyaring sinar ultra violet yang masuk ke permukaan bumi. Efektivitas N2O dalam meningkatkan suhu bumi 300 kali dibanding CO2 (IPCC, 2001), hal ini berkenaan dengan lamanya waktu tinggal gas tersebut di atmosfer, N2O mempunyai waktu tinggal terlama yaitu 120 tahun. Semakin panjang waktu tinggal makin efektif pula pengaruhnya terhadap kenaikan suhu.

Indonesia dengan aktivitas pertanian yang sangat tinggi, tidak terlepas dari permasalahan kontribusi terhadap emisi CH4 dan N2O global. Alih guna lahan pertanian menjadi lahan non pertanian, alih fungsi hutan menjadi lahan pertanian yang lebih intensif serta perluasan lahan persawahan, berpotensi meningkatkan produksi CH4 dan N2O dan mengurangi kapasitas sink (Soemarwoto, 1991). Pengubahan kapasitas produksi dan rosot CH4 dan N2O ini akan berpotensi meningkatkan emisi CH4 dan N2O. Pengelolaan lahan yang bertujuan menurunkan emisi CH4 dan N2O sangat diperlukan.

Budidaya padi sawah merupakan sumber penting CH4 dan N2O.

Pemenuhan kebutuhan pangan yang bersumber beras sejalan dengan peningkatan populasi penduduk dunia mendorong budidaya padi secara intensif maupun ekstensif dengan konsekuensi peningkatan produksi CH4 dan N2O. Sistem budidaya padi memegang peran penting dalam mekanisme regulasi emisi


(31)

3

dan serapan CH4 karena padi sawah bertindak selaku source dan sink CH4 (Rath

et al., 1999, Wang dan Adachi, 1999; Wang et al., 1999; Kumaraswamy et al., 2000; Wassmann dan Aulakh , 2000; Inubushi et al., 2002). Besarnya fluks CH4 dan N2O dari tanah sawah dipengaruhi oleh bagaimana pengelolaan pada tanah tersebut. Setiap upaya peningkatan produktivitas padi sawah berpotensi meningkatkan pula fluks CH4 dan N2O dari lahan tersebut.

Berdasarkan prediksi Husin (1994), pada tahun 2005 luas panen padi sawah di Indonesia diperkirakan 10.28 juta hektar dengan total emisi CH4 sebesar 4.6 Tg per tahun. Prediksi tersebut dilandaskan pada asumsi: faktor emisi CH4 sebesar 0.31 g m-2 hari-1, 80 % padi dibudidayakan pada musim penghujan selama 5 bulan dan sisanya ditanam pada musim kemarau selama 4 bulan. Namun realisasinya pada tahun 2005 luas panen padi mencapai 11.6 juta hektar (BPS, 2005) yang berarti meningkat 12.84 % dibanding prediksi, dengan asumsi yang sama diperkirakan emisi CH4 mencapai 5.2 Tg per tahun. Untuk itu sangatlah perlu untuk senantiasa dikaji upaya-upaya pengurangan emisi CH4 dari lahan sawah.

Pada dasarnya CH4 diproduksi oleh mikroba metanogen pada suasana anaerob dan tersedia senyawa organik yang mudah terdekomposisi. Pada lahan sawah dengan suasana tanah anaerob dan eksudat akar yang mensuplai karbon mudah tersedia sebagai sumber energi mikroba, sangat menunjang aktivitas tersebut. Pada tanah sawah secara alami terbentuk lapisan oksidatif yang tipis diikuti dengan lapisan reduktif yang tebal di bawah lapisan oksidatif. Pada lapisan oksidatif, N2O dapat terbentuk sebagai hasil antara proses nitrifikasi yaitu oksidasi amonium oleh mikroba menjadi nitrit yang dioksidasi lanjut menjadi nitrat. Nitrat pada lapisan oksidatif bersifat sangat mobil, dan bila mencapai lapisan reduktif akan mengalami denitrifikasi oleh mikroba menjadi N2O dan N2. Jadi secara alami produksi CH4 dan N2O pada tanah sawah merupakan proses yang tak terhindarkan. Kapasitas sink CH4 dan N2O pada tanah dipengaruhi oleh aktivitas mikroba. Oksidasi CH4 oleh metanotrof dan reduksi N2O oleh mikroba yang memiliki N2O reduktase berpengaruh terhadap pelepasan dari tanah. Sehingga dapat disarikan bahwa emisi CH4 dan N2O dari lahan pertanian berkaitan erat dengan perilaku mikroba tanah (Hou et al., 2000a; Hűtsch et al., 1996; Inubushi et al., 1996; Ohta, 2005; Webster dan Hopkins, 1996).


(32)

4

Kerangka Pemikiran

Budidaya padi sawah di Indonesia melibatkan pengaturan pengelolaan air, penambahan bahan organik dan pemberian pupuk N. Pengelolaan air bertujuan untuk meningkatkan produksi, efisiensi pemakaian air (EPA) serta pengendalian Eh tanah. Penambahan bahan organik sebagai upaya mempertahankan produktivitas tanah akan meningkatkan populasi dan aktivitas mikroba melalui penyediaan karbon mudah tersedia, peningkatan persaingan penggunaan oksigen (O2) dalam tanah dan berdampak terhadap penurunan Eh. Interaksi pengelolaan air dan penambahan bahan organik berpengaruh terhadap pembentukan CH4. Pemberian pupuk N bertujuan meningkatkan produksi dan sangat terkait erat dengan permasalahan efisiensi pemupukan dan potensi pencemaran terhadap lingkungan melalui pencucian nitrat dan denitrifikasi. Transformasi N pada tanah sawah melibatkan pembebasan N2O.

Pengelolaan potensial redoks melalui pengelolaan air, ketersediaan senyawa organik melalui pengelolaan bahan organik, ketersediaan nitrat melalui pengelolaan pupuk N dipandang cukup komprehensif sebagai dasar pengelolaan emisi CH4 dan N2O. Kajian tentang CH4 dan N2O pada tanah sawah secara terpisah telah dilakukan oleh beberapa peneliti (Husin, 1994; Nugroho et al., 1994a, 1994b, 1996; Subadiyasa et al., 1997; Suratno et al., 1998). Namun kajian tentang mikroba yang berperan penting dalam emisi kedua GRK tersebut masih sangat terbatas, di antaranya oleh Hou et al. (2000a). Pengkajian CH4 dan N2O secara simultan bila dikaitkan sekaligus dengan dinamika mikroba menjadi semakin menarik dan sangat diperlukan dalam upaya mitigasi GRK. Pemahaman inilah yang digunakan sebagai pijakan penyusunan penelitian ini dengan kerangka pemikiran yang disajikan pada Gambar 1.

Kedua gas CH4 dan N2O berpengaruh terhadap pemanasan global, selain itu N2O juga menyebabkan kerusakan lapisan ozon pada stratosfer. Potensi pemanasan rumah kaca (global warming potential/GWP) dari kedua gas tersebut secara simultan digunakan sebagai dasar pengelolaan untuk menyusun teknik budidaya yang diharapkan mampu meminimalkan potensi dampak negatif terhadap lingkungan.

Kerangka pemikiran tersebut disusun untuk menjawab pertanyaan penelitian: Mampukah kombinasi perlakuan pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N menurunkan fluks metana serta nitrous oksida tanpa menurunkan hasil padi?


(33)

5

TEKNIK BUDIDAYA PADI SAWAH

Gambar 1.1. Hubungan sebab akibat antara teknik budidaya padi sawah dengan fluks Metana (CH4) dan nitrous oksida (N2O) serta pemanasan global yang menjadi kerangka pemikiran penelitian ini.

Tujuan Penelitian dan Hipotesis

Penelitian ini bertujuan untuk:

1. Mempelajari pengaruh sifat tanah dan tanaman terhadap fluks CH4 pada tanah sawah dan bukan sawah (sayuran, ubi jalar, bengkuang dan jagung)

PEMANASAN GLOBAL

Faktor Biotik: Populasi Mikroba

Faktor Abiotik: - anaerob, aerob

pada rizosfer - komposisi amonium nitrat

- ketersediaan substrat organik

BAHAN ORGANIK

PENGELOLAAN AIR

PUPUK N SOURCE DAN

SINK

CH4 DANN2O

FLUKS N2O

FLUKS CH4


(34)

6

2. Mempelajari pengaruh pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N lepas terkontrol terhadap populasi mikroba, fluks CH4 dan N2O pada tanah sawah

3. Mendapatkan kombinasi perlakuan pengelolaan air, bahan organik serta pupuk N yang mampu menghasilkan fluks CH4 dan N2O yang rendah tanpa penurunan hasil padi

4. Mempelajari pengaruh populasi mikroba terhadap fluks CH4 dan N2O pada tanah sawah

5. Mengkaji keterkaitan antara fluks CH4 dan N2O pada tanah sawah.

Hipotesis Penelitian:

1. Sifat tanah dan jenis tanaman berpengaruh terhadap fluks CH4 pada tanah sawah dan bukan sawah (sayuran, ubi jalar, bengkuang dan jagung)

2. Populasi mikroba tanah dan fluks CH4 dan N2O pada tanah sawah dipengaruhi oleh perlakuan pengelolaan air, bahan organik serta pupuk nitrogen

3. Kombinasi perlakuan pengelolaan air macak-macak, pengembalian jerami padi dan pemakaian pupuk lepas terkontrol menghasilkan fluks CH4 dan N2O yang rendah tanpa penurunan bobot gabah

4. Peningkatan populasi mikroba tanah meningkatkan fluks CH4 dan N2O pada tanah sawah

5. Penurunan fluks CH4 pada tanah sawah diikuti dengan peningkatan fluks N2O.


(35)

II.TINJAUAN PUSTAKA

Emisi Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Pertanian

Metana (CH4) merupakan salah satu gas rumah kaca yang diemisikan oleh tanah dari sumber biotik (Duxbury dan Mosier, 1997; Greene dan Salt,

1997). Gas tersebut diproduksi pada lingkungan anaerob oleh bakteri

metanaogen (Alexander, 1977; Asakawa dan Hayano, 1995).

Laju pembentukan CH4 secara akumulatif ditentukan oleh keberadaan bahan dasar, populasi dan aktivitas mikroba pembentuk CH4 (metanogen) dan lingkungannya. Metana mulai terbentuk pada potensial redoks 100 mV hingga -200 mV (Hou et al., 2000a). Intensitas dan kapasitas reduksi tanah dikendalikan oleh keberadaan substansi organik sebagai donor elektron, suhu, tingkat kelembaban, jumlah aseptor elektron. Metana terbentuk baik melalui jalur asam asetat maupun H2-CO2, sehingga metanogen juga dipilah sebagai pengguna asetat dan pengguna H2-CO2 (Le Mer dan Roger, 2001).

Metana yang dihasilkan sebagian besar akan diemisikan ke atmosfer baik secara difusi melalui tanah maupun diemisikan oleh tanaman. Laju difusi CH4 melalui tanah mengikuti kaidah Ficks dan dipengaruhi oleh turtoisitas tanah yang dikendalikan oleh tekstur serta porositas tanah yang secara praktis dapat dikelola dengan pengelolaan air. Emisi melalui tanaman dipengaruhi oleh jenis tanaman, varietas serta stadia pertumbuhan tanaman (Shalini-Singh et al., 1997). Sebagian dari CH4 yang dihasilkan dioksidasi oleh mikroba metanotrof yaitu mikroba pengoksidasi CH4 sehingga mengurangi pelepasannya ke atmosfer. Aktivitas mikroba metanotrof tersebut menjadi kekuatan sink CH4 oleh tanah (Hűtsch et al., 1996; Watanabe et al., 1997).

Emisi gas CH4 terutama bersumber pada kegiatan antropogenik, hampir 70% CH4 berasal dari sumber-sumber antropogenik dan sekitar 30% berasal dari sumber-sumber alami. Aktivitas pertanian menyumbangkan dua per tiga dari CH4 asal sumber antropogenik. Produksi CH4 berkaitan erat dengan aspek aktivitas mikroba yaitu aktivitas metanogen yang berlangsung pada ekosistem anaerob. Variasi pelepasan CH4 dari suatu ekosistem sangat dipengaruhi oleh macam budidaya tanaman, komunitas mikroba, sifat tanah serta interaksinya. Mengetahui hubungan antara sifat tanah, sifat mikroba dan CH4 pada budidaya berbagai macam tanaman sangatlah penting sebagai dasar untuk memahami


(36)

8

mekanisme yang terlibat dalam produksi CH4. Sementara ini kajian CH4 dan mikroba pada berbagai macam pertanaman masih terbatas.

Sawah mampu berperan sebagai source sekaligus rosot (sink) CH4 (Kumaraswamy et al., 2000; Wasmann and Aulakh, 2000; Inubushi et al., 2002). Emisi CH4 dari lahan sawah berkisar antara 4 hingga 20 mg m-2 jam-1 (Husin et

al., 1995), dan berdasarkan data tersebut diperkirakan faktor emisi CH4 dari Indonesia adalah 13 mg m-2 jam-1.

Pada budidaya lahan kering, produksi CH4 terbatas pada site-site anaerob dan kondisinya sangat menunjang pertumbuhan metanotrof sehingga meningkatkan kapasitas serapan CH4. Serapan CH4 sebesar 0.051 – 0.055 mg m-2 jam-1 pada pertanaman padi gogo dilaporkan oleh Zaenal (1997). Serapan CH4 oleh hutan di Swedia mencapai 0.6 – 1.6 kg CH4 ha-1 tahun-1 yang setara dengan 0.007 – 0.019 mg m-2 jam-1 (Klemedtsson dan Klemedtsson, 1997).

Ernawanto et al. (2003) melaporkan bahwa fluks CH4 sistem penanaman padi “walik” jerami adalah 7.18 mg m-2 jam-1 dan sistim penanaman padi gogo rancah adalah 1.73 mg m-2 jam-1. Sink CH4 sebesar 0.05 mg m-2 jam-1 pada sistem pertanaman kedelai. Kisaran emisi CH4 dari pertanaman tebu di Australia adalah 297 hingga 1005 g CH4-C ha-1, sementara kisaran konsumsinya 442 hingga 467 g CH4-C ha-1(Weier, 1999).

Fluks CH4 dari empat macam tipe penggunaan tanah di Sumatra (hutan tua, hutan habis tebang, dibakar setelah tebang dan perkebunan karet) berkisar antara -21.2 hingga 4.2 µg C m-2 jam-1 yang setara dengan -0.028 hingga 0.006 mg CH4 m-2 jam-1 (Ishizuka et al., 2002). Nilai fluks negatif menunjukkan sink dan berkorelasi positif dengan kandungan liat pada 0-10 cm. Nilai tersebut mengalami peningkatan pada evaluasi berikutnya yaitu menjadi -1,27 hingga 1,18 mg C m-2 hari-1 yang setara dengan -0.071 hingga 0.066 mg CH4 m-2 jam-1 pada macam penggunaan lahan yang lebih bervariasi yaitu hutan, kayu manis, karet, kelapa sawit dan alang-alang (Ishizuka et al., 2005a). Fluks pada hutan hujan tropis di Indonesia mencapai 0.79 ± 0.60 mg C m-2 hari-1 setara dengan 0.044 ± 0.033 mg CH4 m-2 jam-1 (Ishizuka et al., 2005b).

Inubushi et al. (2003) melaporkan bahwa konversi hutan gambut sekunder menjadi lahan sawah bertendensi meningkatkan emisi CH4 tahunan, sementara perubahan penggunaan lahan dari hutan sekunder menjadi lahan kering bertendensi menurunkan emisi CH4 tahunan. Pengalihan fungsi lahan dari hutan lahan basah menjadi pertanaman sagu tidak berpengaruh terhadap emisi CH4


(37)

( k k l p m a b m G c b s g y t l a

(Inubushi e

karakteristik Peng kapasitas pe lingkungan penetrasi ca mikroba tan air, lapisan t bajak dan mikrobiologi Gambar 2.1 Pada cahaya cuk bakteri fotos secara haya ganggang b Tepa yang dicirik tersebut ber lapisan gena aktivitas uta

et al., 1998 k mikroba tan

Aspe

ggenangan p enyediaan h mikro mau ahaya serta ah untuk ak tanah teroks

lapisan su s. Secara sk

. Lingkunga

a lapisan ge kup tinggi. P sintesis, sej ati baik yang

iru hijau. at di bawah kan oleh po

rvariasi anta angan air. P ama melipu L O Fotik Oksidatif Afotik Reduktif 8). Perbeda nah dan fluk

ek Mikrobio

pada tanah s hara oleh ta upun makro status hara ktif. Secara sidasi, lapisa bsoil. Masin kematis prof

an makro ek

enangan air Pada daerah

jumlah mikr g bersifat hid

h genangan otensial red ara 2 hingga ada lapisan uti: dekompo Lapisan Tanah Oksidatif Tanah Reduktif Lapisan ba

an tipe pe ks CH4.

ologis pada

sawah meng anah. Hal te o dalam ha a yang mem umum profi an tanah tere

ng-masing fil tersebut d

osistem pad

r, suasana h tersebut a roba hetero dup bebas m

air dijumpa doks positif a 20 mm ter

tersebut ak osisi bahan h Rizosfer ajak enggunaan Tanah Saw

gubah sifat k rsebut men al redoks p mungkinkan

il tanah saw eduksi, tana

lapisan me isajikan pad

di sawah (Ro

lingkungan aktivitas mik

trof serta m maupun yang

ai lapisan ta tinggi. Ket rgantung ke ktivitas mikro n organik se

Bagian tan yang teren Genanga r Subsoil lahan akan wah kimia, mikro gakibatkan potensial, s

kisaran berv wah meliputi man padi se empunyai k da gambar 2

oger et al., 1

aerob serta kroba didom mikroba pem g bersimbios anah yang tebalan lapi larutan oksi obiologis san ecara aerob naman padi ndam n air 9 n merubah biologi dan perbedaan sifat fisika, variasi dari genangan erta lapisan arakteristik .1. 993) a penetrasi minasi oleh mfiksasi N2

sis dengan teroksidasi san tanah gen dalam ngat tinggi, bik, fiksasi


(38)

10

hayati N2 oleh ganggang, nitrifikasi oleh pengoksidasi amonium maupun nitrit, serta oksidasi metana.

Di bawah lapisan oksidasi dijumpai lapisan tanah tereduksi yang dicirikan oleh potensial redoks yang rendah hingga negatif. Aktivitas mikroba terutama terkonsentrasi pada agregat yang mengandung debris organik. Aktivitas utama pada lapisan reduksi ini meliputi: dekomposisi bahan organik secara anaerob, fiksasi hayati N2 oleh mikroba heterotrof, denitrifikasi, reduksi mangan, reduksi besi, reduksi sulfat, pembentukan metana serta produksi H2.

Dari sudut pandang mikrobiologis, tanaman padi menyediakan dua lingkungan untuk pertumbuhan mikroba yaitu pada bagian tanaman yang tergenang maupun rizosfernya dan membentuk satuan ekologi dengan aktivitas mikroba yang unik. Bagian pangkal tanaman yang tergenang dikoloni oleh bakteri efifit dan ganggang. Tanaman padi mempunyai kemampuan untuk mentransportasikan oksigen dari bagian atas tanaman ke daerah perakaran, sehingga beberapa site dari rizosfer bersifat oksidatif dengan Eh yang cukup tinggi. Rizosfer padi yang aktif memproduksi banyak eksudat sebagian di antaranya merupakan senyawa yang mudah terurai sehingga menjadi sumber energi bagi mikroba. Kombinasi ketersediaan oksigen dan melimpahnya makanan pada rizosfer padi merupakan daya tarik bagi mikroba untuk tumbuh aktif di rizosfer. Aktivitas utama pada rizosfer meliputi: asosiasi pemfiksasi hayati N2 oleh mikroba heterotrof, nitrifikasi – denitrifikasi, serta reduksi sulfat.

Lapisan bajak mempunyai permeabilitas yang rendah, ketahanan mekanik yang tinggi serta kepadatan tanah yang tinggi. Lapisan ini menghambat perkolasi air maupun pencucian hara ke lapisan di bawahnya. Aktivitas mikrobiologis pada lapisan tersebut dan peranannya dalam penyediaan hara bagi tanaman padi jarang dikaji.

Emisi Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Sawah

Padi sawah merupakan ekosistem buatan manusia yang sangat penting pada neraca CH4 global, melalui perannya sebagai sumber sekaligus rosot CH4 (Inubushi et al., 2002, 2003; Kumaraswamy et al., 2000; Wang et al., 1999; Wasmann dan Aulakh, 2000).Pembentukan CH4 terjadi pada potensial redoks yang sangat rendah, dengan penggenangan yang terus menerus kondisi tersebut menstimulir pembentukan CH4. Aktivitas penggenangan pada lahan sawah menyebabkan kondisi anaerob dan menstimulir populasi dan aktivitas bakteri


(39)

11

metanogen penghasil CH4. Ketersediaan substrat organik hasil dekomposisi bahan organik secara anaerob maupun hasil eksudasi akar mensuplai energi bagi mikroba tersebut untuk memproduksi CH4. Intensifikasi padi sawah untuk pemenuhan kebutuhan makanan seiring dengan peningkatan populasi penduduk Indonesia berpotensi meningkatkan kontribusinya dalam pelepasan CH4 ke atmosfer. Pada tahun 2004, luas panen padi di Indonesia dilaporkan mencapai sekitar 11.6 juta ha (BPS, 2005). Nilai tersebut masih berpotensi meningkat pada tahun berikutnya.

Dinamika CH4 pada lahan sawah mencakup proses produksi, oksidasi, emisi dan konsumsi (Le Mer dan Roger, 2001). Emisi CH4 pada lahan sawah terjadi melalui tiga cara yaitu ebulisi, difusi dan difusi melalui aerenkim tanaman.

Emisi CH4 pada tanah sawah tadah hujan bervariasi antara 19 hingga 123 mg CH4 m-2 hari-1, sedangkan pada tanah sawah beririgasi berkisar antara 71 hingga 217 mg CH4 m-2 hari-1 (Setyanto et al., 2000). Data tersebut diperoleh dari pengamatan dari tahun 1993 hingga 1998 di Jakenan, Pati, Jawa Tengah.

Proses produksi gas rumah kaca tersebut dapat dikelola melalui pengelolaan air. Hal ini ditunjukkan oleh penelitian Husin (1994) di kebun percobaan Sukamandi pada tanah Aeric Tropaqualf. Emisi CH4 tertinggi terdapat

pada perlakuan penggenangan kontinyu. Emisi CH4 pada perlakuan

penggenangan terputus dan macak-macak nyata lebih rendah dibanding pada penggenangan kontinyu, sedangkan terhadap hasil saling tidak berbeda nyata. Implikasi praktisnya pengelolaan air dengan penggenangan terputus dan macak-macak mampu mempertahankan produksi, menghemat air dan sekaligus menurunkan emisi CH4.

Pengelolaan air merupakan salah satu faktor yang sangat penting dalam budidaya padi. Kegiatan ini berkaitan erat dengan permasalahan efisiensi penggunaan air, pengendalian gulma, karakteristik tanah serta aktivitas mikroba tanah. Pengaruh pengelolaan air terhadap emisi CH4 di daerah tropis ditelaah oleh sejumlah penulis seperti Nugroho et al., 1994a; Husin et al., 1995, Rath et al., 1999. Husin et al. (1995) melaporkan bahwa perlakuan pengelolaan air nyata berpengaruh terhadap variasi fluks CH4 harian maupun musiman. Perlakuan pengelolaan air dengan cara intermiten mampu menekan sekitar 50% fluks CH4 dan pengairan kondisi macak-macak mampu menurunkan fluks CH4 hingga 70% dibandingkan perlakuan penggenangan secara kontinyu. Minamikawa dan Sakai (2005) memaparkan bahwa emisi CH4 pada perlakuan drainase midseason,


(40)

12

intermitten dan Eh terkontrol menurunkan emisi berturut-turut sebesar 64, 26 dan 17 % terhadap emisi CH4 pada perlakuan penggenangan secara kontinyu.

Dinamika emisi CH4 dengan pengelolaan air pada tanaman tebu

dilaporkan oleh Weier (1999). Peningkatan kadar air hingga jenuh meningkatkan emisi gas rumah kaca tersebut. Namun pola ini tidak serta merta dapat diaplikasikan pada tanah sawah dengan karakter tanaman dan ekosistem yang berbeda.

Pengelolaan air akan mempengaruhi karakteristik tanah, aktivitas mikroba dan akan berdampak terhadap fluks CH4. Namun informasi mendalam tentang mikroba tanah dan hubungannya dengan fluks CH4 oleh pengelolaan air belum terlalu banyak. Memahami keterkaitan antara perilaku mikroba dengan fluks CH4 sangatlah penting artinya untuk lebih memahami mekanisme yang terlibat dalam upaya mengurangi emisi CH4 pada lahan pertanian termasuk pada tanah sawah.

Pada budidaya padi sawah emisi CH4 dan N2O tidak mungkin diabaikan, karena model pengelolaan air yang senantiasa melebihi kapasitas lapang akan menstimulir proses dekomposisi secara anaerob. Secara alami dinamika pembentukan CH4 dan N2O disajikan pada gambar 2.2. dan 2.3.

Gambar 2.2. Skema dinamika produksi dan emisi metana pada tanah sawah (Wasmann dan Aulakh,2000)

Difusi oksigen melalui tanaman

Emisi CH4

melalui tanaman

Difusi CH4ke

dalam akar

Produksi CH4

Eksudat dan akar lapuk

Difusi O2

melalui akar

Air

Tanah

Oksidasi CH4


(41)

13

Dengan adanya perlakuan penggenangan didapat gradasi lapisan pada profil tanahnya yaitu lapisan oksidatif yang tipis di bawah genangan air lalu diikuti lapisan reduktif yang tebal di bawahnya. Apabila pupuk nitrogen diaplikasikan ke dalam lapisan reduktif, denitrifikasi bisa dihambat. Namun kebocoran sistem berupa sebagian pupuk nitrogen berada di lapisan oksidatif segera ternitrifikasi menjadi nitrat yang mobil, kemudian nitrat yang mobil mencapai lapisan reduktif dan mengalami denitrifikasi. Transformasi N melalui proses denitrifikasi sangat dipengaruhi oleh pH, pada kondisi netral hasil akhir berupa N2 sedangkan pada kondisi masam maupun denitrifikasi oleh denitrifier yang tidak mempunyai enzim N2O reduktase akan mengemisikan N2O.

Besarnya fluks CH4 dan N2O dari tanah sawah dipengaruhi oleh teknik budidaya pada tanah tersebut. Perlakuan pembenaman bahan organik, pengelolaan air dan pengelolaan pupuk nitrogen akan berinteraksi mempengaruhi besarnya emisi GRK tersebut.

Gambar 2.3. Transformasi nitrogen pada tanah sawah tergenang (De Data, 1981)


(42)

14

Pengaruh Bahan Organik terhadap Emisi Metana dan Nitrous Oksida

Pemberian bahan organik merupakan salah satu langkah pemeliharaan produktivitas tanah sawah. Pada tanah sawah praktek pembenaman tunggul dan jerami segar yang diikuti dengan penggenangan merupakan fenomena yang umum terjadi. Kondisi tersebut akan menstimulir suasana reduktif dan meningkatkan aktivitas mikroba metanogen dan denitrifier sehingga memacu dekomposisi secara anaerobik dan denitrifikasi yang membebaskan CH4 dan N2O. Pembenaman bahan organik segar menyebabkan peningkatan fluks CH4 baik pada tanah sawah maupun lahan kering dan berkontribusi secara nyata terhadap neraca CH4 global (Yang dan Chang, 1997; Rath et al., 1999; Wihardjaka, 2001).

Kondisi anaerob dan ketersediaan substansi organik mudah terdekomposisi sangat penting untuk proses produksi metana dalam tanah (Wasmann dan Aulakh, 2000). Tanah yang kaya kandungan substansi organik mudah terdekomposisi (asetat, formiat, metanol, amin termetilasi) dan kandungan senyawa akseptor elektron (NO3-, Mn4+, Fe3+) rendah mempunyai potensi produksi CH4 yang tinggi.

Praktek pembenaman jerami yang dilanjutkan dengan penggenangan

pada tanah sawah berpotensi meningkatkan emisi CH4. Kombinasi

penggenangan dan pembenaman jerami yang mempunyai C/N tinggi menstimulir penurunan potensial redoks secara tajam hingga kurang dari -200 mV yang

mendukung pembentukan CH4. Kombinasi penggenangan dan pembenaman

jerami 1% w/w meningkatkan populasi bakteri metanogen baik kelompok pengguna asetat maupun penggunan H2-CO2 (Rath et al., 1999). Untuk

mengurangi emisi CH4 Wihardjaka (2001) menggunakan kompos sebagai

pengganti bahan organik segar.

Penambahan bahan organik ditengarai meningkatkan emisi N2O dari tanah (Arcara et al., 1999; Friedel et al., 1999; Mogge et al., 1999; Pidello et al., 1996; Whalen, 2000). Pemberian bahan organik yang mempunyai kandungan karbon tinggi serta mudah termineralisasi seperti pupuk kandang diduga mampu meningkatkan biomas mikroba sehingga meningkatkan emisi N2O dari tanah pertanian. Karbon yang mudah termineralisasi meliputi karbon larut dalam air maupun asam lemak mudah menguap (volatile fatty acid / VFA) serta karbon antron reaktif (anthrone-reactive carbon).


(43)

15

Arcara et al. (1999) menyatakan bahwa penggunaan slury dari limbah ternak meningkatkan kehilangan N sebagai N2O, melalui emisi langsung dan denitrifikasi. Emisi N2O dari tanah dibedakan menjadi emisi dari denitrifikasi dan emisi langsung yang merupakan hasil samping nitrifikasi yang berlangsung pada kondisi oksidasi kurang optimal. Kombinasi slury dengan pupuk urea pada takaran N yang sama yaitu sebesar 225 kg N ha-1 membebaskan gas N

2O paling tinggi dari tanah dibanding dengan perlakuan tunggal pupuk urea maupun perlakuan slury.

Intensitas dan besarnya emisi N2O dari tanah ditentukan oleh sejumlah faktor yaitu suhu, curah hujan yang berkenaan dengan kelembaban tanah, kandungan karbon mudah termineralisasi yang berjumlah atom karbon rendah sebagai donor elektron pada proses reduksi. Slury mengandung asam-asam organik, di antaranya termasuk asam lemak mudah menguap. Kombinasi asam lemak mudah menguap dan kandungan N mudah tersedia dari urea menciptakan kondisi yang memicu pembebasan N2O. Kehilangan N2O terbesar terjadi pada bulan pertama fase pertumbuhan penanaman jagung.

Kehilangan N dalam bentuk N2O meningkat pada tanah yang dipupuk dengan pupuk organik. Dampak aplikasi slury sapi dalam jangka panjang mampu menurunkan pH tanah dibanding perlakuan pupuk kandang. Penurunan pH tanah tersebut akan mempengaruhi sejumlah reaksi biokimia yang berdampak pada biomas mikroba dan kandungan karbon organik tanah. Hal ini ditandai dengan lebih tingginya kandungan karbon organik tanah serta biomas mikroba pada tanah yang dipupuk dengan pupuk kandang dibanding perlakuan slury. Tingginya biomas mikroba dan karbon organik tanah memicu emisi N2O, emisi pada perlakuan pupuk kandang meningkat 2 kali dibanding perlakuan yang lain yaitu sebesar 4.9 kg N2O-N ha-1 tahun-1 melalui denitrifikasi dan emisi langsung sebesar 5.3 kg N2O-N ha-1 tahun-1 (Mogge et al., 1999).

Aplikasi slury dengan cara disemprotkan yang banyak dipraktekkan di Amerika Serikat bagian Timur memberikan dampak peningkatan kehilangan N melalui emisi N2O. Pemberian slury mampu meningkatkan ketersediaan N dan kelembaban tanah, kombinasi faktor tersebut memacu reaksi reduksi nitrat. Kehilangan N dalam bentuk N2O selama 8 hari sebesar 8.5 mg N2O-N m-2, nilai tersebut lebih rendah dibanding perlakuan Urea yang dikombinasikan dengan glukose sebagai sumber karbon cepat tersedia yang mencapai 20.8 mg N2O-N m-2, diduga pada slury tersebut mengandung senyawa yang mempengaruhi


(44)

16

komunitas mikroba yang bekerja pada siklus N. Emisi N2O berkaitan erat dengan dosis N yang diberikan, pada penelitian tersebut digunakan 150 kg N ha-1. Hal yang perlu diwaspadai adalah akan terjadinya fluks N2O yang hebat oleh residu nitrat yang terakumulasi pada tanah tersebut potensial terdenitrifikasi dengan meningkatnya kelembaban tanah (Whalen, 2000).

Secara umum penambahan bahan organik yang bertujuan mempertahankan produktivitas tanah berpotensi meningkatkan emisi CH4 dan N2O. Pengelolaan air dan pupuk nitrogen yang tepat diharapkan mampu meminimalkan pengaruh negatif tersebut sehingga didapatkan kemanfaatan yang optimal.

Pengaruh Pengelolaan Air terhadap Emisi Metana dan Nitrous Oksida

Emisi gas rumah kaca dari tanah ditentukan oleh laju produksi dan transportasi dalam hal ini difusi gas dari tanah ke atmosfer. Emisi CH4 dihasilkan dari dekomposisi bahan organik secara anaerobik (Wang dan Adachi, 1999; Wang et al., 1999; Kumaraswamy et al., 2000). Emisi N2O dari dari tanah melalui peristiwa denitrifikasi, nitrifikasi (Ishizuka et al., 2002; Inubushi et al., 2003) dan emisi yang dimediasi oleh tanaman (Chen et al., 1999; Hou et al., 2000a). Emisi N2O pada tanah sawah bervariasi menurut kedalaman lapisan bajaknya (Müller et al., 1998; Röver et al., 1999)

Wang dan Adachi (1999) menjelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi produksi dan emisi CH4 dari tanah tergenang yaitu suhu, tipe tanah, varietas padi dan praktek pertanian yang diterapkan. Sementara hasil studi Wang et al. (1999)

di China mengelompokkan kemampuan tanah sawah memproduksi CH4

berdasarkan redoks potensial dan kandungan bahan organik. Peningkatan emisi CH4 oleh pembenaman jerami segar dibuktikan oleh Wihardjaka (2001) dan Rath

et al. (1999). Terdapat hubungan yang erat antara kandungan CO2 atmosfer dengan aktivitas metanogen. Bakteri metanogen mampu mempergunakan CO2 atmosfer untuk memproduksi CH4. Hasil penelitian Wang dan Adachi (1999) menunjukkan peningkatan produksi CH4 oleh peningkatan konsentrasi CO2 atmosfer (percobaan simulatif).

Proses produksi dan oksidasi gas rumah kaca tersebut dapat dikelola melalui pengelolaan air. Pembentukan CH4 terjadi pada potensial redoks yang sangat rendah, dengan penggenangan yang terus menerus kondisi tersebut mendukung suasana pembentukan CH4. Oksidasi CH4 terjadi pada potensial


(45)

17

redoks yang lebih tinggi. Pengaturan potensial redoks melalui pengelolaan air yang meliputi tinggi genangan, lama penggenangan merupakan cara mengelola produksi dan oksidasi CH4. Pengurangan pengairan melalui penggenangan

terputus dan macak-macak mengemisikan CH4 yang nyata lebih rendah

dibanding penggenangan kontinyu (Nugroho et al., 1994a; Husin, 1994; Minamikawa dan Sakai, 2005).

Tanah sawah yang senantiasa digenangi sedikit mengemisi N2O, peluang emisi terjadi melalui oksidasi amonium oleh rizosfer menjadi nitrat yang segera tereduksi pada lapisan reduktif. Oksidasi reduksi berselang-seling yang terjadi pada tanah sawah memacu pembentukan N2O, siklus tersebut biasanya terjadi pada penggenangan dan pengeringan bergantian. Pada saat pengeringan terjadi nitrifikasi, dan pada saat penggenangan kembali segera nitrat terdenitrifikasi. Periode tersebut senantiasa terjadi, misalnya selama pemupukan, menjelang panen.

Hal ini ditunjukkan oleh penelitian Suratno (1997) di kebun percobaan Darmaga pada tanah bertekstur liat dengan permeabilitas 0.86 cm jam-1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa fluks N2O rata-rata berkisar antara – 17.56 hingga 131.56 µg N2O-N m-2 jam-1. Nilai fluks negatif menunjukkan adanya rosot (sink) pada tanah sawah. Selama fase reproduktif, perlakuan penggenangan kontinyu menghasilkan fluks N2O rata-rata secara nyata lebih kecil dibanding teknik penggenangan terputus, yaitu masing-masing sebesar 16.58 dan 26.34 µg N2O-N m-2 jam-1. Implikasi praktis dari penelitian tersebut adalah bagaimana memperkecil peluang siklus oksidasi reduksi (Suratno et al., 1998).

Dinamika emisi CH4 dan N2O secara simultan dengan pengelolaan air pada tanaman tebu dilaporkan oleh Weier (1999). Peningkatan kadar air hingga jenuh meningkatkan emisi kedua gas rumah kaca tersebut. Dinamika emisi CH4 dan N2O berkaitan erat dengan potensial redoks dan aktivitas mikroba. Terlihat hubungan terbalik antara kedua gas tersebut, upaya mitigasi emisi CH4 misalnya melalui drainase berindikasi meningkatkan emisi N2O. Pengelolaan air untuk pengelolaan potensial redoks -100 hingga +200 mV sangat diperlukan. Kisaran tersebut cukup tinggi untuk menghambat pembentukan CH4 dan cukup rendah untuk memacu produksi N2O (Hou et al., 2000a).

Dari perilaku fluks gas rumah kaca tersebut didapat pola yang berbeda sebagai respon tindakan pengelolaan air pada padi sawah. Pada emisi CH4, penggenangan terus menerus meningkatkan emisinya, sedangkan pada N2O


(46)

18

penggenangan mampu menekan emisinya. Untuk itu perlu dicari kombinasi model, agar pengelolaan air mampu meningkatkan hasil padi, mengefisienkan penggunaan air sekaligus langkah mitigasi emisi gas rumah kaca.

Pengaruh Pupuk N Lepas Terkontrol terhadap Emisi Metana dan Nitrous Oksida

Peningkatan penggunaan pupuk nitrogen menyebabkan peningkatan emisi N2O. Nitrous oksida dibebaskan dari tanah melalui peristiwa denitrifikasi, nitrifikasi (Arth dan Frenzel, 2000; Carnol dan Ineson, 1999; Chèneby et al., 1998; Mogge et al., 1999; Inubushi et al., 2003) dan emisi yang dimediasi oleh tanaman ( Yu et al., 1997; Chang et al., 1998; Hou et al., 2000a).

Langkah awal mitigasi emisi CH4 dan N2O adalah dengan menghambat kinerja bakteri nitrifikasi. Penghambatan ini diharapkan mampu mengatur konversi amonium menjadi nitrat sehingga dari aspek praktis mampu meningkatkan efisiensi pemupukan, meningkatkan recovery pupuk dan menekan kehilangan N baik melalui leaching maupun emisi N2O.

Mempertahankan bentuk amonium mampu menghambat laju denitrifikasi penyebab inefisiensi pemupukan N pada tanaman serta mampu meningkatkan

recovery pemupukan N pada lahan budidaya (Kpomblekou dan Killorn, 1996; Rochester et al., 1996; Abbasi dan Adams, 2000; Mahmood et al., 2000). Penghambatan laju denitrifikasi mampu mereduksi emisi N2O dari tanah pertanian (Saad et al., 1996; Inubushi et al., 1996 ; McTaggart et al., 1997; Inubushi et al., 1999).

Secara alami perilaku mikroba pengoksidasi amonium mirip dengan mikroba pengoksidasi CH4, pengelolaan pupuk N mampu menekan emisi N2O serta gas CH4 (McCarty, 1999). Beberapa bahan nabati juga mampu mengontrol pelepasan pupuk N misalnya tanaman Neem (Mimba) (Agbenin et al., 1999; McCarty, 1999).

Emisi N2O dipengaruhi oleh jenis pupuk N yang diaplikasikan. Pupuk N yang cepat menyediakan nitrat berpeluang besar menyumbang kehilangan N melalui emisi N2O (Arcara et al., 1999; Whalen, 2000). Emisi terbesar terjadi pada pemupukan dengan slury dan diikuti oleh urea, emisi yang terendah pada perlakuan pupuk amonium sulfat, pada padang rumput (Clayton et al., 1997).

Denitrifikasi dan emisi N2O dipengaruhi oleh sumber N, pupuk Urea menyebabkan denitrifikasi yang lebih tinggi dibanding amonium sulfat pada studi rumah kaca dengan tanah tergenang (Mulvaney et al, 1997). Keberadaan sulfat


(47)

19

diduga mampu menghambat laju nitrifikasi sehingga emisi N2O dapat ditekan. Suratno (1997) melaporkan bahwa emisi N2O dari lahan sawah yang dipupuk dengan urea tablet lebih rendah dibanding dengan urea prill. Sementara Weier (1999) melaporkan bahwa aplikasi amonium sulfat secara split mampu menurunkan emisi N2O pada lahan tebu.

Aplikasi pupuk lepas lambat / slow release fertilizer ataupun pupuk lepas terkontrol (controlled release fertilizer/CRF) mampu mengontrol pelepasan pupuk amonium. Berbagai upaya untuk mengontol pelepasan hara N dari pupuk misalnya dengan modifikasi bentuk, pelapisan sehingga kelarutan pupuk berkurang. Pelapisan dengan bahan nabati misalnya neem juga mulai dikembangkan dalam rangka pengembangan produk ramah lingkungan. Di India neem diaplikasikan sebagai slow release fertilizer berupa Urea neem cake coated dengan nama dagang NIMIN. Pengaturan pelepasan amonium, diharapkan merupakan pengaturan laju nitrifikasi dan menghambat penyediaan nitrat bagi proses denitrifikasi. Secara teori aplikasi pupuk N berpelepas lambat selain meningkatkan efisiensi pemupukan juga berkontribusi terhadap penurunan emisi N2O.

Perilaku fluks CH4 dan N2O berkaitan erat dengan potensial redoks dan aktivitas mikroba. Terlihat hubungan terbalik antar kedua gas tersebut, upaya mitigasi CH4 misalnya melalui drainase berindikasi meningkatkan fluks N2O. Pengelolaan potensial redoks pada kisaran -100 hingga +200 mV sangat diperlukan. Kisaran tersebut cukup untuk menghambat pembentukan CH4 dan N2O (Hou et al., 2000a).

Interaksi antar ketersediaan substrat, lingkungan yang mendukung dan aktivitas mikroba menentukan tingkat fluks CH4 dan N2O. Pengelolaan air berpengaruh terhadap dinamika fluk CH4 (Husin et al., 1995) serta N2O (Suratno

et al., 1998). Pengelolaan pupuk nitrogen yang tepat diharapkan mampu melengkapi pengaruh pengelolaan air untuk meminimalkan pengaruh negatif pembenaman bahan organik terhadap fluks CH4 dan N2O serta mengoptimalkan kemanfaatannya.

Global Warming Potential Metana dan Nitrous Oksida dari Tanah Sawah

Metana (CH4) dan nitrous oksida (N2O) termasuk gas rumah kaca yang disebut dalam Protokol Kyoto, di samping karbon dioksida (CO2), hidrofluo rokarbon (HFCs), perfluorokarbon (PFCs) dan sulfur heksafluorida (SF6)


(48)

20

(Murdiyarso, 2003b). Kondisi potensial redoks yang berbeda untuk pembentukan kedua gas tersebut mengisyaratkan sulitnya pengaturan lingkungan melalui perlakuan teknik budidaya untuk dapat menekan fluks keduanya secara bersamaan. Pengurangan kadar air pada tanah sawah dengan pengairan secara intermiten mampu mengurangi fluks CH4 (Husin et al., 1995, Minamikawa dan Sakai, 2005) namun meningkatkan fluks N2O (Suratno et al., 1998). Untuk itu diperlukan parameter penilaian dari kedua gas tersebut untuk mendapatkan suatu perlakuan budidaya yang mampu secara lebih efektif menekan fluks GRK. Metana dan N2O sebagai komponen GRK menyebabkan terjadinya efek rumah kaca (greenhouse effect) yang secara makro berpotensi terhadap pemanasan global (global warming). Untuk memprediksi potensi CH4 dan N2O terhadap pemanasan global, IPCC (Intergovernmental Panel of Climate Change) menyusun indeks GWP (Global Warming Potential). Indeks GWP merupakan penilaian relatif di mana gas CO2 diberi nilai 1 (satu) sebagai standar. Indeks GWP mencerminkan potensi setiap komponen GRK untuk menyebabkan pemanasan global, yang nilainya dipengaruhi oleh masa tinggal di atmosfer dan kemampuannya dalam penyerapan sinar inframerah. Menurut IPCC (2001), indeks GWP untuk CH4 dan N2O masing-masing sebesar 23 dan 296. Nilai tersebut merupakan revisi terhadap nilai GWP sebelumnya oleh IPCC, 1996 yaitu masing-masing sebesar 21 dan 310 untuk CH4 dan N2O (EIA, 2004). Semakin tinggi nilai indeks GWP semakin besar potensinya untuk menyebabkan pemanasan global.

Sebagai dasar penilaian fluks CH4 dan N2O pada tanah sawah digunakan potensi pemanasan global sebagai penjumlahan dari hasil kali total fluks masing-masing gas terhadap indeks GWPnya. Suatu perlakuan yang mampu menurunkan fluks CH4 namun menghasilkan fluks N2O yang lebih tinggi dapat diperbandingkan dengan perlakuan lain yang mampu menurunkan fluks N2O namun menghasilkan fluks CH4 yang lebih tinggi.


(1)

107

Lampiran 5. Fluks CH4 pada kombinasi interaksi perlakuan pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N

Perlakuan Fluks CH4 (mg CH4-C m

-2

jam-1) pada minggu ke (MST)

0 2 4 6 8 10 12

W1B1N1 0.29 -0.37 0.80 18.59 10.90 10.29 11.16 W1B1N2 1.16 -0.20 23.08 12.09 3.56 4.13 2.38 W1B1N3 1.99 -0.47 0.37 5.41 15.09 2.94 29.90 W1B2N1 1.48 11.22 12.00 18.90 4.37 1.30 13.44 W1B2N2 0.72 4.12 24.47 28.57 17.58 1.73 1.79 W1B2N3 3.05 6.09 3.71 5.67 6.30 47.66 11.57 W2B1N1 0.04 8.98 0.75 2.48 9.59 4.14 25.40 W2B1N2 0.15 4.29 0.90 11.83 2.44 24.59 16.84 W2B1N3 0.33 5.01 0.52 3.41 26.82 10.42 2.52 W2B2N1 0.21 1.36 2.77 11.94 4.61 4.58 9.83 W2B2N2 0.28 -1.57 2.00 18.35 2.95 1.20 1.92 W2B2N3 14.69 0.41 1.29 4.82 12.37 13.10 3.40

Lampiran 6. Pengaruh interaksi perlakuan pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N terhadap fluks N2O

Perlakuan fluks N2O (μg N2O m

-2

jam-1) pada minggu ke

0 2 4 6 8 10 12

Pengelolaan air

Tergenang 0.97 0.88 4.82 0.09 0.10 0.043 0.06

Macak-macak 0.81 5.20 2.70 0.92 0.09 0.005 0.03

Bahan organik

0 ton ha-1 0.78 2.67 3.45 0.44 0.05 0.005 0.04 6 ton ha-1 1.01 3.41 4.08 0.57 0.14 0.043 0.05

Pupuk N

Urea 1.10 2.19 2.78 0.37 0.18 0.007 0.05 CRF30 0.84 4.55 6.40 0.66 0.04 0.049 0.04 CRF50 0.73 2.38 2.11 0.49 0.07 0.015 0.04 =

Lampiran 7. Fluks N2O pada kombinasi interaksi perlakuan pengelolaan air, bahan organik dan pupuk N

Perlakuan fluks N2O (μg N2O m

-2

jam-1) pada minggu ke

0 MST 2 MST 4 MST 6 MST 8 MST 10 MST 12 MST W1B1N1 1.08 -2.69 1.99 0.26 -0.08 0.03 0.09 W1B1N2 1.19 -2.29 7.27 0.07 0.08 0.05 0.10 W1B1N3 0.90 2.31 4.77 0.01 0.11 0.02 0.03 W1B2N1 0.82 4.12 4.19 0.06 0.33 0.06 0.06 W1B2N2 1.31 3.43 6.81 0.10 -0.03 0.05 0.02 W1B2N3 0.51 0.40 3.91 0.04 0.17 0.04 0.03 W2B1N1 1.39 4.29 2.50 0.73 0.22 -0.08 -0.06 W2B1N2 0.11 7.89 3.52 0.87 -0.03 0.08 0.07 W2B1N3 -0.01 6.53 0.62 0.71 0.02 -0.08 -0.01

W2B2N1 1.09 3.04 2.44 0.42 0.24 0.02 0.10

W2B2N2 0.77 9.19 7.99 1.60 0.14 0.01 -0.04 W2B2N3 1.53 0.27 -0.87 1.20 -0.02 0.08 0.10


(2)

108

Lampiran 8. Tata letak petak percobaan


(3)

109

Lampiran 10. Aplikasi cacahan jerami padi


(4)

110

Lampiran 12. Pemasangan sungkup gas pada penyangga aluminium


(5)

V. KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Dari serangkaian kajian yang dilakukan diperoleh beberapa kesimpulan berikut:

1. Antar pertanaman padi sawah, sayuran, ubi jalar, bengkuang dan jagung tidak dijumpai proporsi Nitrosomonas, Nitrobacter, denitrifier maupun total propagul yang spesifik. Padi sawah menghasilkan fluks CH4 paling tinggi, sementara

sayuran, ubi jalar, bengkuang dan jagung menghasilkan fluks CH4 yang lebih

rendah.

2. Fluks CH4 pada perlakuan macak-macak paling rendah yaitu sebesar 1.30 mg

CH4 m-2 jam-1 , sedangkan pada perlakuan intermiten/berselang, penggenangan 5

cm dan penggenangan 10 cm lebih tinggi, berturut-turut sebesar, 5.79, 5.22 and 6.55 mg CH4 m-2 jam-1.

3. Kombinasi perlakuan pengelolaan macak-macak, pengembalian jerami dan pupuk urea menghasilkan fluks CH4 dan N2O yang rendah dan hasil padi tinggi.

Bobot gabah yang dihasilkan sebesar 5.44 ton ha-1, total fluks CH4 76.66 kg

CH4-C ha-1, N2O 22.78 g N ha-1 dengan GWP setara dengan 1770 kg CO2 ha-1.

Terjadi peningkatan bobot gabah 114.75%, penurunan total fluks CH4, N2O dan

GWP masing-masing sebesar 49.97%, 76.7% dan 49.7% terhadap kontrol yaitu perlakuan penggenangan, tanpa pengembalian jerami dan pupuk urea.

4. Populasi mikroba tidak mempengaruhi fluks CH4, namun mempengaruhi fluks

N2O. Fluks N2O berkorelasi nyata dengan populasi mikroba total, nitrifier dan

denitrifier.

5. Penurunan fluks CH4 pada tanah sawah bertendensi diikuti peningkatan fluks

N2O, kontribusi CH4 terhadap GWP sangat dominan dibanding dengan N2O.

Saran

1. Diperlukan perlakuan yang mampu memberikan selang yang cukup luas terhadap faktor yang mempengaruhi fluks CH4 dan N2O seperti Eh, kandungan

bahan organik tanah, Fe tanah sehingga variasi fluks CH4 dan N2O lebih luas dan

studi tentang fluks ini dapat diperdalam.

2. Diperlukan pemilihan parameter mikroba selektif yang terlibat dalam fluks CH4

misalnya kelompok metanogen dan metanotrof. Sedangkan untuk mikroba yang terlibat dalam fluks N2O yang meliputi mikroba pengoksidasi amonium,

pengoksidasi nitrit dan pereduksi nitrat, diperlukan kajian yang lebih detail tentang karakterisasinya.


(6)

94

94 3. Untuk menerapkan kombinasi perlakuan pengelolaan macak-macak,

pengembalian jerami dan pupuk urea sebagai rekomendasi teknik budidaya padi rendah emisi GRK perlu diikuti dengan teknik aplikasi jerami yang praktis, terdekomposisi dan dicacah.

4. Berdasarkan kajian yang dilakukan, kontribusi CH4 terhadap GWP dari tanah

sawah sangat dominan dibanding dengan N2O, sehingga mitigasi GRK dari tanah